Original paper

Survey Accuracy Analysis of a Hand-held Mobile LiDAR Device for Cultural Heritage Documentation

Chan, Ting On; Lichti, Derek D.; Belton, David; Klingseisen, Bernhard; Helmholz, Petra

Abstract

In this paper, the survey accuracy of a hand-held, GNSS-free mobile LiDAR device, the Zebedee, is studied by collecting measurements of several different geometric features in four different datasets. We use a new comprehensive accuracy assessment methodology based on geometric mod- elling which involves a geometric model of a prism/ pyramid for square structure. The point cloud accuracies of the features (planes, cylinders, catenaries, prisms and pyramids) were compared to that of a conventional survey-grade LiDAR system, the Leica ScanStation C10. The results suggested that the Zebedee accuracy is very comparable to the C10. For instance, the mean RMS error of plane fittings for the Zebedee is approximately 1.1 cm versus 0.6 cm for the C10. The estimated cylinder radii between the Zebedee and the C10 has only 1.4% difference in average, while the radii difference in prism/pyramid fitting is only 0.8%. As a result, the Zebedee LiDAR device is suitable for heritage mapping not only because it has high operation flexibility but also desired high accuracy. Genauigkeitsanalyse eines tragbaren Laserscanners für die archäologische Dokumentation. Diese Veröffentlichung untersucht die Vermessungsgenauigkeit des tragbaren und ohne GNSS operierenden Laserscanners Zebedee unter Verwendung von geometrischen Objekten in vier verschiedenen Datensätzen. Die umfassende Bewertung der Genauigkeit basiert auf geometrischen Objekten, welche in der Punktwolke modelliert werden und Ebenen, Zylinder, gekrümmte Oberflächen, Prismen und Pyramiden einschließen. Die geometrischen Objekte werden mit Objekten verglichen, welche basierend auf Punktwolken von einem konventionellen vermessungsüblichen LiDAR System, der Leica ScanStation C10, modelliert wurden. Die Resultate zeigen, dass die Genauigkeit des Zebedee mit der des C10 vergleichbar ist. Zum Beispiel beträgt die kleinste Verbesserung für Ebenen (RMS) 1,1 cm gegenüber 0,6 cm vom C10. Die geschätzten Zylinderradien unterscheiden sich zwischen dem Zebedee und dem C10 im Durchschnitt nur um 1,4%. Der kleinste Radiusunterschied beim Prisma-/Pyramidenvergleich beträgt nur 0,8%. Daraus ist zu schließen, dass der Zebedee Laserscanner für die Dokumentation von denkmalgeschützten Gebäuden und Objekten geeignet ist, nicht nur basierend auf der höchst flexiblen Art der Anwendung, sondern auch von der Genauigkeitsbetrachtung her.

Keywords

fittingzebedeegeometric featureslidaraccuracy